1. Introduction
L’électricité doit être produite par des moyens qui ont toujours, d’une manière ou d’une autre, un impact carbone. De ce fait, toute consommation électrique et toute activité qui emploi de l’électricité est émettrice de carbone (au moins en amont de son utilisation).
La notion de mix énergétique correspond aux sources d’énergie utilisées pour en produire et en quelles proportions elles le sont. A partir de ces données, on peut déterminer le mix électrique moyen d’un pays. Cela nous renseigne sur les émissions de carbone liées à la consommation électrique sur un territoire.
Il s’agira toujours d’une approximation car le mix varie fortement dans le temps et l’espace. De plus, des pays voisins sont susceptibles de s’échanger de l’énergie. Il est difficile, voire impossible, de tracer la provenance exacte d’un courant électrique au moment où l’on s’en sert.
Ici on présentera le mix énergétique sous le prisme des émissions de CO2, mais ses impacts ne se limitent pas à ça. Il y a d’autres facteurs environnementaux à prendre en compte, tels que les besoins en matière premières, les possibilités de recyclage ou la taille du terrain nécessaire.
Les aspects économiques de l’énergie ont aussi de l’importance. Un rapport de la Cour des Comptes a été rendu publique le 13 décembre 2021 : L’analyse des coûts du système électrique en France. Cette étude économique de la production d’électricité jouera un rôle important dans les développements futurs du réseau français.
2. Moyens de production de l’électricité en France
Il existe plusieurs méthodes pour générer de l’électricité, chacune avec des impacts différents sur l’environnement et le monde.
Comme on le verra, bon nombre d’entre elles fonctionnent avec un alternateur. Grossièrement, il s’agit d’un aimant qui tourne autour d’une bobine, ce qui génère un courant électrique. La rotation est obtenue en appliquant une source d’énergie à une turbine.
Il serait trop long de présenter tous les moyens de production d’électricité. On se contentera donc d’aborder ceux qui font partie du mix électrique français, par ordre croissant dans l’importance de la production française :
Schéma tiré de la publication de la Cour des Comptes
3. Les Bioénergies
C’est la production d’énergie à partir de matière organique. Le bois-énergie, les bio-carburants, les biogaz ou encore la biomasse-énergie.
Ces sources d’énergies sont typiquement considérées renouvelables : on peut toujours cultiver les plantes concernées, de plus le carbone rejeté lors de la combustion a été capturé dans l’atmosphère par les végétaux brûlés. C’est à prendre en compte dans l’étude des émissions liée à la biomasse.
Cela dit elles ne sont pas des énergies propres. La combustion du bois est particulièrement émettrice de particules fines, qui représentent un risque pour la santé.
Dans les pays en développement, la combustion du bois pour la cuisine et le chauffage est liée à un risque accru d’infections respiratoires et de cancer du poumon.
La production d’électricité se fait à partir de la combustion de matières organiques et de biogaz, dans des centrales biomasse, qui actionne turbine et alternateur.
Centrale thermique biomasse du Moule (Guadeloupe)
En France, la bioénergie représentait 1,6% de la consommation électrique en 2019. Elle émet 740 gCO2e/kWh. Mais cette valeur varie en fonction des combustibles employés.
4. Le Solaire
La récupération de l’énergie solaire se fait par le biais de panneaux photovoltaïques, que ce soit pour la production de chaleur ou d’électricité.
Ces derniers sont constitués de cellules photovoltaïques recouvertes d’une plaque de verre. Les cellules sont réparties en couches chargées positivement ou négativement. La lumière du soleil va y générer un courant électrique : ce sont les photons qui déclenchent le mouvement des charges (les électrons) entre les couches.
Plusieurs matériaux sont incorporés dans un panneau photovoltaïque.
Les cellules sont majoritairement constituées de silicium, avec du phosphore et du bore.
Les autres composantes sont faites en verre trempé, polymères, résines, aluminium, laine de verre, etc. On peut aussi y retrouver des impuretés : plastiques, plomb, cadmium, antimoine.
Centrale solaire de Ploufragan (Bretagne)
Cette technologie n’émet aucun gaz à effet de serre lors de son utilisation. La production des panneaux et des systèmes électriques consomme tout de même des ressources et génère des émissions. Son impact environnemental n’est donc pas nul.
Pour évaluer les émissions de carbone liée à la production d’électricité par panneau solaire, on fait un calcul basé sur la durée de vie du panneau (25 à 30 ans), la puissance électrique qu’il peut fournir et les émissions liées à sa production et sa fin de vie.
Les panneaux solaires ont donc un facteur d’émission de 32 gCO2e/kWh.
5. L’Éolien
Les éoliennes transforment l’énergie cinétique du vent en énergie électrique, par le biais d’un alternateur. Les matériaux qui servent à leur construction sont nombreux car les éoliennes sont des bâtiments à la taille considérable.
Parc éolien en Saône et Loire
Le facteur d’émission de l’énergie éolienne est de 10gCO2eq/kWh, pour les éoliennes terrestres.
6. La Thermique combustible
Cette catégorie comprend les centrales à gaz naturel, à fioul et à charbon. On a donc une énergie fossile sous forme gazeuse, liquide et solide.
Dans tous les cas, la combustion de la ressource génère aussi de l’électricité par le biais d’une turbine qui actionne un alternateur.
Centrale thermique de Cordemais (Pays de la Loire)
Le facteur d’émission d’une centrale thermique varie en fonction de la ressource utilisée :
- à charbon : 1058 gCO2eq/kWh
- à fioul : 730 gCO2eq/kWh
- à gaz : 418 gCO2eq/kWh
7. L’Hydraulique
L’énergie hydraulique est exploitée dans des barrages. Ils sont construits pour retenir de grandes quantités d’eau, et la conduire de manière à actionner une turbine, puis un alternateur.
Le tout se déroule sans émissions de CO2, les émissions de l’hydraulique étant principalement liées aux travaux et matériaux.
L’énergie produite dépend donc de la hauteur de la chute et du débit de l’eau. Les centrales hydrauliques ont l’avantage d’être modulables et facilement automatisées. Elles sont limitées par la capacité de stockage des barrages et leurs implications environnementales.
Barrage de Roselend (Savoie)
Le facteur d’émission de l’énergie hydraulique est de 13 gCO2e/kWh. Ce facteur peut être bien moindre quand les conditions sont bonnes.
8. Le Nucléaire
Les centrales nucléaires utilisent la radioactivité pour chauffer de l’eau, dont la vapeur actionne une turbine puis un alternateur.
Le réacteur d’une centrale de la génération actuelle produit de larges quantités de chaleur grâce à la fission d’atomes d’uranium (ou d’autres matériaux en fonction du modèle). A travers plusieurs circuits, étanches les uns par rapport aux autres, des masses d’eau sont chauffées, changées en vapeur qui actionne une turbine, puis retransformées en eau liquide.
Les centrales qui ne sont pas installées sur un cours d’eau sont équipées de tours de refroidissement dont on peut voir une fumée blanche s’échapper : il s’agit de la simple vapeur d’eau issue du circuit de refroidissement.
Les centrales construites près de points d’eau emploient n’ont pas besoin d’être équipées de tours de refroidissement et n’émettent donc pas de vapeurs.
Centrale nucléaire de Graveline (Nord)
Le nucléaire n’émet donc aucun CO2 lors de sa phase de production électrique. Lors du cycle de vie des installations et du combustible, de l’énergie carbonée est tout de même employé ce qui explique que son impact carbone soit non-nul.
Le nucléaire a aussi des impacts thermiques (eau échauffée rejetée), chimiques (traitement des eaux) et radioactifs qui doivent être strictement tracés, contrôlés et surveillés.
En France, les centrales nucléaires ont un facteur d’émission de 6 gCO2eq/kWh.
9. Comparaison entre la part dans la production d’électricité et dans les émissions qui y en découlent
A partir des données présentées précédemment, on peut établir ces deux graphiques pour la France en 2019 :
Comparons maintenant la part des énergies dans la production d’électricité et dans les émissions de CO2 :
En représentant graphiquement ces données, on se rend compte d’à quelles point les échelles sont différentes quant aux facteurs d’émissions des énergies disponibles :
8% de l’électricité est produite par des centrales thermiques, qui représentent 80% du CO2 émit lors de la production électrique.
A titre d’information la France à émis environ 56 millions de tonnes de CO2 en 2019 pour la production de son électricité, et 455 millions de tonnes toutes sources confondues.
10. Le nucléaire reconnu comme une énergie verte ?
La commission européenne a dévoilé en ce début d’année 2022 son projet de labellisation du nucléaire comme une énergie durable et verte.
Cette classification aura pour effet de permettre aux projets de développement du nucléaire de mobiliser des investissements contribuant à la lutte contre le changement climatique. Elle permettra donc d’augmenter l’attractivité financière du secteur, en la solidifiant comme acteur de la transition écologique.
En effet, Thierry Breton, commissaire européen aux multiples charges, a répondu dans une interview du Journal du Dimanche, publiée le 9 janvier 2022, qu’« Il faudra 500 milliards d’euros dans les centrales nucléaires de nouvelle génération ».
Une telle somme s’explique par l’objectif de Net Zéro carbone annoncé pour 2050 : pour remplacer la quantité d’énergie massive produite aujourd’hui par les énergies fossiles, le nucléaire apparait comme une alternative potentielle. C’est dans l’optique de servir ce but que cette initiative de labellisation a lieu.
Ce projet ne fait pas l’unanimité. Certains pays, comme l’Allemagne, et certaines associations écologistes, comme l’Association négaWatt, prennent position en défaveur du nucléaire et considèrent que les énergies renouvelables sont le seul investissement réellement vert.
La transition écologique fait donc augmenter la concurrence qui existe entre les différentes sources d’énergie. Tous ne sont pas d’accord sur la meilleure option à suivre. On peut se rappeler qu’à ce sujet, la Chine a fait le choix de ne pas mettre tous ses œufs dans le même panier et est en tête à la fois dans l’installation de centrales nucléaires, de centrales charbon et de panneaux solaires.
Le paysage des moyens de production d’électricité est amené à changer dans les années et décennies qui suivent. Mais déjà aujourd’hui tous les pays ne suivent pas les mêmes politiques. Leurs choix resteront probablement différents.
11. Mix énergétique de plusieurs pays européens
On peut comparer le mix électrique de plusieurs pays. Cela nous informera sur les sources d’électricité qui sont le plus employées et les émissions qui sont liées à l’électricité dans chacun d’eux.
Le site Electricity Map permet d’observer en direct l’état de la production électrique des pays européens et d’observer les échanges d’énergie transfrontaliers.
A partir de ces données, on peut affirmer que, toute chose égale par ailleurs, l’impact environnementale d’une activité qui ne consommerait que de l’électricité pour fonctionner serait inférieur en France qu’en Allemagne ou en Espagne.
Émissions de gaz à effet de serre par MWh d’électricité en Fonction de la part d’énergie non fossile de pays européens
La France, un des pays développés qui émet le moins de CO2 pour sa production électrique. La part importante du nucléaire dans le mix français explique largement cela puisque c’est une source d’énergie qui émet très peu de carbone par kWh.
L’Islande, la Norvège et la Suède ont un réseau électrique encore moins carboné. En effet, l’énergie hydraulique y est abondamment disponible. Elle satisfait plus de 95% des besoins en électricité de la Norvège et de l’Islande, et environ la moitié de ceux de la Suède, qui utilise une part similaire d’énergie nucléaire.
Cela est possible grâce à la géographie particulière de ces pays. Ils disposent de grands cours d’eau et d’une faible densité de population dans un large territoire, ce qui a permis la construction de suffisamment de barrages.
L’Allemagne a un mix électrique plus de six fois plus chargé en CO2 par kWh que la France. En effet, si l’Allemagne a choisi de favoriser les énergies renouvelables, elle a également annoncé a sortie du nucléaire. Ce choix s’explique en partie par la faible part actuelle du nucléaire en Allemagne. Mais en faisant ce choix, il faut compenser la baisse du nucléaire en ouvrant d’autres centrales à énergie fossile, le temps que l’implantation d’énergie renouvelables puisse compenser l’écart de production.
La part d’énergie renouvelable dans le mix allemand est plus importante que dans le mix français, malgré cela l’électricité allemande est encore bien plus carboné que la française.
L’Espagne produit une électricité significativement moins responsable d’émissions que l’Allemagne, mais elle reste 4 fois plus émettrice qu’en France. Elle ne dispose pas de ressources en hydrocarbures ou charbon, cela dit les énergies fossiles y représentaient encore 72% de l’énergie primaire produite en 2019. Il en découle une forte dépendance aux imports dans la production énergétique du pays.
L’Espagne a su faire diminuer le facteur d’émission de son électricité de 30% entre 2015 et 2020. Cela s’explique en partie par le développement d’énergie bas carbone, notamment les énergies hydrauliques et renouvelables. L’électricité représente moins d’un quart de l’énergie qui y est consommée.
Conclusion :
Il faut garder en mémoire que l’électricité ne représente qu’une fraction de l’énergie utilisée dans le monde. Par exemple en France, 42% de l’énergie consommée en 2014 était électrique (ce nombre prend en compte tous les moyens de production d’électricité). Le reste de l’énergie consommée fossile : il s’agit notamment des secteurs des transports, de l’agriculture ou des industries qui ne peuvent pas fonctionner entièrement grâce à l’électricité.
Les énergies renouvelables représentent 19,1% de la consommation finale d’énergie en France, en 2020. Les objectifs posés pour la transition énergétique et la neutralité carbone en 2050 ne seront donc pas faciles à atteindre. Il faut se rendre compte que la France est encore loin d’être un pays sans émissions de carbone.
Si le mix énergétique français est parmi les moins chargé en CO2 par kWh, les consommations d’énergies fossiles sont encore suffisamment importantes pour que la France soit le douzième pays le plus émetteur au monde, en étant le vingt-deuxième le plus peuplé.
La transition de tous les secteurs vers l’emploi d’une énergie décarbonnée nécessite des efforts et un temps considérable. Il ne s’agit pas seulement d’adapter les technologies à consommer de l’électricité. Il s’agit aussi d’augmenter la production électrique, avec des moyens de production sans émissions, pour correspondre aux nouveaux besoins qui se développeront.
Si ce défi n’est pas relevé, il faudra nécessairement choisir entre continuer à émettre du carbone ou réduire nos consommations en énergie, ce qui à de grandes implications étant donné les forts besoins énergétiques de nos modes de vie actuels.
Sources :
Production d’électricité en France https://www.ecologie.gouv.fr/production-delectricite
L’analyse des coûts du système électrique en France, par la Cour des Comptes https://www.ccomptes.fr/fr/publications/lanalyse-des-couts-du-systeme-electrique-en-france
CO2 par kWh pour plusieurs pays européens https://www.eea.europa.eu/data-and-maps/indicators/overview-of-the-electricity-production-3/assessment
Emissions de GES par source d’énergie électrique https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89mission_de_gaz_%C3%A0_effet_de_serre_par_source_d%27%C3%A9nergie_%C3%A9lectrique
Chauffage au bois et pollution de l’air https://sante.lefigaro.fr/article/le-chauffage-au-bois-une-source-de-pollution-non-negligeable-de-l-air-de-nos-maisons/
Production d’électricité par biomasse https://www.edf.fr/groupe-edf/espaces-dedies/l-energie-de-a-a-z/tout-sur-l-energie/produire-de-l-electricite/la-biomasse-en-chiffres
Les métaux composant les panneaux solaires https://www.techniques-ingenieur.fr/actualite/articles/metaux-panneaux-solaires-51384/
Fonctionnement d’un panneau solaire https://www.quelleenergie.fr/questions/compose-panneau-photovoltaique-fonctionne
Composition d’un panneau solaire https://www.jade-technologie.com/composition-dun-panneau-solaire/
Commentaire de l’environnementaliste Michael Shellenberger sur les promesses du solaire https://michaelshellenberger.substack.com/p/why-everything-they-said-about-solar
Composition et matériaux des éolienne https://eoliennesecologie.wordpress.com/fabrication/composition-et-materiaux/
Critique des impacts environnementaux des éoliennes https://www.contrepoints.org/2016/01/08/234983-eolien-vent-nest-pas-ecologique
L’éolien terrestre en chiffres ; innovations techniques et sociétales https://fee.asso.fr/eolien-terrestre/
Facteurs d’émissions de plusieurs sources d’énergies, dont thermiques combustibles https://www.bilans-ges.ademe.fr/documentation/UPLOAD_DOC_FR/index.htm?conventionnel.htm
Le fonctionnement d’un barrage https://www.edf.fr/groupe-edf/espaces-dedies/l-energie-de-a-a-z/tout-sur-l-energie/produire-de-l-electricite/le-fonctionnement-d-un-barrage
Le fonctionnement d’une centrale nucléaire https://www.edf.fr/groupe-edf/espaces-dedies/l-energie-de-a-a-z/tout-sur-l-energie/produire-de-l-electricite/le-fonctionnement-d-une-centrale-nucleaire
Présentation générale, fonctionnement et composants d’un réacteur nucléaire https://www.irsn.fr/FR/connaissances/Installations_nucleaires/Les-centrales-nucleaires/reacteurs-nucleaires-France/Pages/1-reacteurs-nucleaires-France-Fonctionnement.aspx#.YcG36nnjKX0
Le nucléaire et l’environnement https://www.sfen.org/energie-nucleaire/filiere-responsable/nucleaire-environnement
Émissions de CO2 par pays en 2019 https://www.touteleurope.eu/environnement/les-emissions-de-gaz-a-effet-de-serre-dans-lunion-europeenne/
La Commission européenne dévoile un projet classant les investissements dans le nucléaire comme « durables » https://www.lemonde.fr/energies/article/2022/01/01/la-commission-europeenne-devoile-un-projet-classant-les-investissements-dans-le-nucleaire-comme-durables_6107890_1653054.html
Thierry Breton « 500 milliards d’euros dans les centrales nucléaires de nouvelle génération » https://www.lejdd.fr/Economie/thierry-breton-il-faudra-investir-500-milliards-deuros-dans-les-centrales-nucleaires-de-nouvelle-generation-4086762
Electricity Map, carte de la production et des échanges électriques https://app.electricitymap.org/map
Estimation des émissions de carbone par kWh pour les énergies renouvelables, ADEME https://www.bilans-ges.ademe.fr/documentation/UPLOAD_DOC_FR/index.htm?renouvelable.htm
Eléctricité et CO2 : le tableau européen https://www.lemonde.fr/blog/huet/2019/05/06/electricite-et-co2-le-tableau-europeen/
Mix électrique en France https://www.bilans-ges.ademe.fr/docutheque/docs/Documentation%20Base%20Carbone_Notice%20d%C3%A9taill%C3%A9e%20de%20calcul%203.6.21.pdf
https://www.bilans-ges.ademe.fr/forum/viewtopic.php?t=4188
Mix énergétique en Allemagne https://new.sfen.org/rgn/allemagne-energiewende/
https://allemagne-energies.com/2020/01/12/allemagne-lessentiel-des-resultats-energetiques-2019/
https://allemagne-energies.com/bilans-energetiques/
https://new.sfen.org/rgn/allemagne-energiewende/
Mix énergétique en Espagne https://canviclimatic.gencat.cat/es/actua/factors_demissio_associats_a_lenergia/
https://www.statista.com/statistics/1190075/carbon-intensity-outlook-of-spain/
Énergies renouvelables dans la consommation finale d’énergie en France https://www.vie-publique.fr/en-bref/281197-energies-renouvelables-2020-191-de-la-consommation-finale-denergie
La France, le pays tout nucléaire ? Jean-Marc Jancovici https://jancovici.com/transition-energetique/nucleaire/la-france-pays-tout-nucleaire/
Part de l’électricité dans les consommations totales https://www.e-rt2012.fr/conversion-energie-primaire-energie-finale/
Les énergies renouvelables comme indicateur de performance de toute activité économique https://www.ren21.net/wp-content/uploads/2019/05/REN21_GSR2021_PressRelease_French.pdf
Bilan énergétique de la France par type d’énergie, en 2020 https://www.insee.fr/fr/statistiques/2016345
Énergies renouvelables en pourcentage de la consommation finale d’énergie en France https://data.worldbank.org/indicator/EG.FEC.RNEW.ZS?locations=FR
France energy information, 2020 https://www.enerdata.net/estore/energy-market/france/
Auteur de l’article : PIERRE
Toutes les images, des séquences animées, les articles, dessins, photographies, marques, logos, noms de domaine et informations sous formes de textes ou d’images présents sur le Site sont la propriété de ADIMAS ou font l’objet d’une autorisation d’utilisation. Toute utilisation par reproduction, modification, téléchargement, transmission ou autre procédé existant présent ou futur est soumise à autorisation écrite préalable (courrier ou courriel) de ADIMAS. Seules les copies à usage privé et non-commercial sont autorisées sous réserve des droits de propriété intellectuelle dont il est fait mention. Tout contrevenant s’exposerait à des poursuites judiciaires.
